초정밀 Dual-Stage의 제어에 관한 연구

Abstract

최근 반도체및 LCD 기술이 발달함에 따라 검사용 스테이지의 성능향상이 요구됨에 따라 고속의 검사속도, 서브마이크론의 검사 정밀고, 그리고 대행정의 구동범위가 요구된다. 본 논문에서는 초정밀 Dual-Stage의 제어에 관하여 연구를 수행하였다. 이중서보 시스템은 선형모터로 구동되고 공기베어링으로 가이드 되는 조동 구동부와 보이스 코일 모터로 구동되고 공기베어링으로 가이드 되는 미세 구동부로 이루어져 있다. 조동 구동부와 미세 구동부 사이에는 기계적인 결합성이 없는 decoupled type이며, 따라서 각 구동부는 독립적으로 제어 되어야 하며 궤적추종 제어시 동일한 궤적을 추종하여야 한다. 이중서보 시스템의 제어를 위하여 궤적 추종 제어기를 설계하였다. 선형모터와 보이스 코일 모터 모두 기본제어기로 시간지연제어기(Time Delay Control : TDC)를 사용하였으며, 본 이중서보의 최종 성능을 좌우하는 미세 구동기의 외란제거 성능향상을 위해 섭동보상기(Perturbation Observer)를 추가하였다. 보이스 코일 모터가 구동될 때 선형모터와 보이스 코일 모터 사이에 반작용력(Reaction Force)가 발생하게 되어 이중서보 성능에 영향을 미치게 된다. 따라서 반작용력을 고려한 시뮬레이션을 수행하고 보상법으로 힘관측기(Force Observer)를 제안하였으며 실험을 통하여 성능을 검증하였다. 조동 구동부와 미세 구동부 사이에 기계적 결합이 없는 구조의 이중서보 구현을 위한 이중서보 알고리즘으로 Parallel Type과 Master-Slave Type을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 주파수역 성능, 시뮬레이션, 실험을 통하여 각 구조의 특성을 비교분석 하였다.